Çarşamba, Şubat 21, 2024
MÜHENDİSLİK

Termodinamik Kanunları ve Evrenin Entropisi

0
(0)

Mühendisliğin en önemli konularından biri olan termodinamik, fizik kanunlarının yanı sıra felsefe ve yaratılış hakkında da detaylar içerir. Termodinamik kanunları nelerdir? Termodinamiğin sıfırıncı yasası ne ifade eder? Entropi nedir? Evrenin entropiyle ilişkisi nasıldır? Tüm bu soruların cevabını makalemizde bulabilirsiniz.

1 ) Termodinamiğin Sıfırıncı Kanunu

Termodinamiğin sıfırıncı yasası, termodinamik kanunları arasında günlük hayatta kolayca tecrübe ettiğimiz bir durumu ifade eder. Temel olarak sıcaklık nedir sorusuna cevap arar. Bilim insanları tarafından ilk iki termodinamik kanunundan sonra kabul edildiği ve bu kanunlara temel teşkil ettiği için sıfırıncı kanun adını almıştır. Yani diğer yasalardan daha sonra keşfedilmiş olması gibi bir durum söz konusu değildir. Halihazırda bilinen bir durum bütünlük sağlanması amacıyla Maxwell tarafından ortaya atılmış ve Ralph Fowler tarafından termodinamik kitaplarında belirtilmiştir.

Termodinamiğin sıfırıncı kanunu

Termodinamiğin sıfırıncı kanununa göre, birbiriyle temas eden sistemler arasında bir süre sonra enerji akışı duruyorsa sistem termal dengeye ulaşmış demektir. Yani A ve C sistemi termal dengedeyse ve B ve C sistemi de termal denge durumundaysa; A ve B sistemleri termal denge içerisindedir denir. Termal denge kavramını eşit sıcaklık olarak ifade etmek mümkündür. Evet çok heyecan verici bir yasa değil fakat termodinamiğin temelini anlamak açısından önemlidir.

2 ) Termodinamiğin Birinci Kanunu (Enerjinin Korunumu)

Termodinamik kanunları arasında en çok bilinen kanundur. Klasiktir. Enerji vardan yok olmaz, yoktan var olmaz, sadece şekil değiştirir. Yani doğal gazın sahip olduğu kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üretmek gibi.. Sürtünme nedeniyle kaybolduğunu sandığınız kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi gibi.. Bir sistemin iç enerjisindeki değişim, sisteme verilen ısı ile sistemin çevresine uyguladığı iş toplamıdır. Kullanılmayan enerji de bu sistemin içindedir ve korunmuştur. Sadece sizin için faydalı değildir. Burada sıkça kullanılan enerji üretmek kavramını aslında bir enerji formunun ihtiyaç duyulan başka bir enerji formuna dönüşümü olarak tanımlamak en doğrusudur.

termodinamik kanunları
Termodinamiğin birinci kanunu (enerjinin korunumu)

Termodinamiğin birinci yasasını temel olarak devridaim makinesi yapmak mümkün mü sorusuna cevap arar. Sınırsız ve bedava enerji.. Mümkün mü? Peki verdiğimizden daha fazlasını alabileceğimiz bir sistem? İş esnasındaki enerji dönüşümlerinden dolayı ihtiyaç duyulan faydalı enerji miktarı her zaman giren enerjiden daha azdır. Bu durumda devridaim makineleri yani sonsuza kadar çalışan makineler termodinamik kanunlarına aykırıdır. Devridaim makineleri, makineyi hareket ettiren ilk enerji verildikten sonra herhangi bir enerji girişi sağlanmadan sonsuza kadar hareketini sürdürmeyi hedeflediğinden bu kanunu ihlal eder.

İlginizi Çekebilir :  Güneş Paneli Nedir? Nasıl Çalışır?

3 ) Termodinamiğin İkinci Kanunu (Entropi)

Kelvin-Planck der ki; bir ısı kaynağından elde edilen ısıya eşit düzeyde iş yapan ve başka herhangi bir çıktısı olmayan sistem elde etmek mümkün değildir. Clausius şöyle devam eder; soğuk bir maddeden sıcak bir maddeye ısı akışı dışında bir etkisi olmayan sistem elde edilemez. Yani ısı, hiçbir zaman soğuk bir maddeden sıcak bir maddeye bir takım değişikliklere uğramadan geçemez.

Termodinamiğin ikinci kanununun temelinde doğanın düzensizliğe olan ilgisi yatar. Zaman, bu amaç doğrultusunda ilerlerken maddenin entropisi yani düzensizliği artar. Evrenin entropisinin artmasıyla da büyük sona yaklaşılmış olur. Entropi en basit haliyle enerji harcama yeteneğidir. Enerji harcama yeteneği ne kadar fazlaysa, entropi o derece düşüktür. Isının sıcak maddeden soğuk maddeye akmasıyla entropi artar ve sonunda bir denge oluşur. Peki bu akış sağlanmasaydı ve her iki madde ilk haliyle dengede kalmış olsaydı entropiyi en aza indirerek yok oluşu durdurabilir miydik? Termodinamik kanunları arasında anlaşılması en zor olanı ikinci kanundur diye bir yorum yaparsak pek de yanlış olmayacaktır. Bu kanun fizik kurallarının yanı sıra felsefe ve yaratılış hakkında da detaylar barındırır.

termodinamik kanunlarıv
Termodinamiğin ikinci kanunu (entropi)

Evren, kapalı bir sistem olarak kabul edilir ve evrendeki her şey düzensiz olmaya meyillidir. Bu nedenle, uzayın herhangi bir bölgesinin entropisindeki düşüşler, başka bir bölgedeki enerjinin kullanımını gerektirir. Bu enerji yok olmaz. Enerjinin daha az yoğun olduğu bölgeye doğru ilerler. Sadece belirli bir yerin entropisini azaltmak için kullanıldığından daha fazla yayılır. Yani bir bölgenin entropisi düşerken, evrenin genel entropisi yükselmeye devam eder.

Termodinamiğin ikinci kanunu, her şeyin yok olmaya mahkum olduğunu, bir sona ulaşılacağını, maddenin soğuyacağını ve çürüyeceğini ifade eder. Örneğin, iskambil kartlarının renklerine ve sayılarına göre, ikiden asa kadar dizildiğini düşünelim. Bu sistemin entropisi düşüktür. Kartları karıştırdığınızda ise sistemin entropisi artar. Kartlar tamamen karıştığında entropi artık en yüksek değerine ulaşmış demektir ve daha çok karıştırmakla düzen daha fazla bozulamaz.

İlginizi Çekebilir :  Yazı Mı Daha Çok Gelir Tura Mı?

4 ) Termodinamiğin Üçüncü Kanunu

Termodinamiğin üçüncü kanunu, bir maddeyi mutlak sıfıra yani -273.15°C’ye (0°K) kadar soğutmanın imkansız olduğunu açıklar. Mutlak sıfır noktasında entropideki değişim sıfırdır. Temel olarak mutlak sıfıra ulaşılabilir mi sorusuna cevap arar. Maddenin mutlak sıfır noktasına ulaştığını varsayalım. Bu noktada maddede hiçbir titreşim olmaz. Yani hızı sıfırdır. Çünkü maddenin enerjisi yoktur. Enerjiyi dışarıya aktardığı için oldukça soğumuştur. Hızı sıfır olduğundan konumu da sabittir. İşte bu durum imkansızdır. Heisenberg Belirsizlik İlkesine göre madde mutlak sıfıra inemez. Çünkü enerji yok olamaz.

Termodinamiğin üçüncü kanunu

Evrenin bilinen en soğuk yeri yaklaşık -272.15°C sıcaklığındadır. Yani mutlak sıfır noktasıyla arasında 1°C fark vardır. Peki evrenin en soğuk yeri neresidir? Bu konu hakkında detaylı bilgi için ‘Evrenin Keşfedilen En Soğuk Yeri’ başlıklı yazımızı inceleyebilirsiniz.

    Bu içerik size faydalı oldu mu?

    Puan vermek için yıldızın üzerine tıkla!

    Sonuçlar 0 / 5. Oy sayısı: 0

    Henüz puan verilmedi. İlk puan veren sen ol!

    Bu içeriği faydalı bulduysanız..

    Bizi sosyal medyada takip edin!

    Bir yanıt yazın

    E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir